E开关的Icu、Ics、Icw、Icm,它们的意义是什么?
时间:2015-09-14 阅读:16628
问题:E开关的Icu、Ics、Icw、Icm,它们的意义是什么?
ABB品牌的开关 EMAX空气断路器
我们来看E1和E2开关的参数:
我们看到左侧参数项中有如下几个项目符号:极数、Iu、Icu、Ics和Icw
极数好理解,就是E开关主回路的触头的数量,一般是3极或者4极,它们分别使用在TN-C系统和TN-S接地系统中
所谓接地系统,是指低压电网的接地形式,例如TN-C系统中变压器的中性点是直接接地的,中性线N和保护PE线合并为PEN,连同三条相线一同送到低压开关柜中。因为PEN线不得断裂,所以低压进线断路器必须采用3极开关;再例如TN-S系统中变压器的中性点也是直接接地的,但N线和PE线连同三条相线一同送到低压开关柜中。如果低压进线断路器具有四段保护,则低压进线开关和母联开关都必须采用四极开关
Iu是运行电流,也被称为额定电流,注意它的温度是40度。这个值是在IEC60947-2和GB14048.2《低压开关柜和控制柜 第二部分 低压断路器》中规定的。同样,标准还规定N极的导通能力用相排的百分位数来表达,这也就是我们看到”N极载流能力(4极)“其单位为”%Iu“的由来
再看三个参数:Icu、Ics、Icw,它们的意义是:
Icu:断路器的额定极限短路分断能力,注意它在做型式试验是O-t-CO的操作方式。也就是说,Icu是破坏性测试,它代表着断路器能够实现的Z大分断能力
Ics:断路器的额定运行短路分断能力,注意它在做型式试验是O-t-CO-t-CO的操作方式。也就是说,Ics是可重复性测试,它代表着断路器的可重复的短路电流分断能力
Icw:断路器的额定短时耐受电流,注意它有两个时间参数,即1秒和3秒。一般样本中都给出了1秒的值,要使用3秒的Icw时,只需要将1秒时的Icw除以√3即可
现在我们来看看具体的数据。例如E1B断路器,它的Iu为800-1000-1250-1600。在这里的Z大值被称为断路器的壳体电流,即此断路器能够承受的Z大运行电流。对应于1600A的壳体电流,E1B断路器具有从800A、1000A、1250A和1600A等四个额定电流
我们接着看E1B开关的Icu、Ics和Icw,我们发现它们的值是相等的,都是42kA。请问这是为什么呢?答案很简单:说明此类开关往上一定存在一个主结构,它的三个电流是不相等的。将此主结构往小电流方向扩充派生出若干型号和规格,自然也就能实现三个短路分断能力相等的现象
现在我们再来看看E1和E2有关Icu的系列,有B、N、S和L,它们分别对应于不同的分断容量。那么如何使用这些分断值呢?如果我们已经知道了电力变压器的容量Sn和阻抗电压Usr,那么计算它的短路电流Ik的方法是:变压器额定电流In=Sn/√3Up,其中Up是变压器低压侧的线电压,变压器的短路电流Ik=In/Usr。于是让断路器的Icu大于等于Ik即可
再看上图中将E开关作为隔离开关使用时的参数中出现了Icw和Icm,为什么呢?
我们已经知道,断路器对应的标准是IEC60947-2和GB14048.2,而隔离开关对应的标准是IEC60947-3和GB14048.3《低压开关设备和控制设备 第3部分:开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器》。我们来看看标准对隔离开关的参数有何种说法:
2.1:(机械)开关 switch(mechanical)
在正常电路条件下(包括规定的过载工作条件),能够接通、承载和分断电流,并在规定的非正常电路条件下(例如短路),能在规定时间内承载电流的一种机械开关电器。
2.2:隔离器 disconnector
在断开状态下能符合规定的隔离功能要求的机械开关电器。
注:1.此定义与IEV 441-14-05的区别在于指的是隔离功能而不是隔离距离。
2.如分断或接通的电流可忽略,或隔离器的每一极的接线端子两端的电压无明显变化时,隔离器能够断开和闭合电路。隔离器能承载正常电路条件下的电流,也能在一定时间内承载非正常电路条件下的电流(短路电流)。
4.3.6.1 额定短时耐受电流(Icw)
开关、隔离器或隔离开关的额定短时耐受电流是制造厂规定的,在8.3.5.1试验条件下,电器能够短时承受而不发生任何损坏的电流值。
短时耐受电流值不得小于12倍Z大额定工作电流。除非制造厂另有规定,通电持续时间应为1 s。
对于交流额定短时耐受电流值是指交流分量有效值,并且认为可能出现的Z大峰值电流不会超过此有效值的n倍。系数n按照GB14048.1-2008中表16的规定值。
4.3.6.2 额定短路接通能力(Icm)
开关或隔离开关的额定短路接通能力是制造厂规定的,在额定工作电压,额定频率(如果有的话)和规定的功率因素(或时间常数)下,电器的短路接通能力值,该值用Z大预期电流峰值来表示。
对于交流,功率因素、预期电流峰值与有效值间的关系应符合GB 14048.1-2008中表16的规定。
本条不适合用AC-20或DC-20电器。
有了这些标准文本的说明,我们来看看其中两项关键参数:一项是Icw,一项是Icm
隔离开关不能分断短路电流,但它必须要承受短路电流的冲击,所以它必须要有Icw这个参数。还是因为隔离开关不能分断短路电流,它还必须承受变压器产生的Z大电流——冲击短路电流峰值Ipk的电动力冲击,这种承受能力就是用Icm来表达的
断路器的Icw、Icu、Icm之间有何种关系呢?我们来看下图:
Icw又被称为允通电流,它表征了断路器对于短路电流的热稳定性,它的大小与短路电流在*周波内的有效值大小有关
冲击短路电流峰值Ipk是短路电流的Z大值,它是短路电流的周期分量和非周期分量在短路后10毫秒时的迭加,它在数值上被IEC60947.1定义为峰值系数乘以短路电流,而峰值系数在短路电流为30kA以下时取2.0,在30~50kA取2.1,在50kA以上取2.2。
我们知道,断路器分断短路电流的Z短时间是13~30毫秒。这段时间足以让冲击短路电流峰值Ipk流过断路器。断路器要能够承受短路电流的电动力作用,它就必须能够承受Ipk的冲击。为此,IEC60947-2和GB14048.2《低压开关设备和控制设备 第2部分:低压断路器》标准中规定,Icm=2.2Icu
所以,当取断路器的额定极限分断能力Icu等于变压器的短路电流Ik时,因为变压器的冲击短路电流峰值总是小于或者等于2.2倍的Ik,又因为断路器的短路接通能力Icm=2.2Icu,所以断路器就能够有效地抵御冲击短路电流峰值Ipk产生的电动力冲击,也就是断路器的动稳定性
对于E1B/MS开关,我们来校核它的Icw和Icm:
已知E1B/MS的Icw(1S)是42kA,将这个值除以√3,得到42/1.732=24.25kA,这个结果与表中的36kA不符。为什么呢?道理很简单,说明E1和E2开关往上一定存在原型开关,这台原型开关的值是标准的,往下的派生产品却各有各的特点。这样处理的好处是:
1)小电流规格的E开关使用面更宽,更灵活,更具有竞争性
2)小电流规格的E开关相对原型开关并不是简单地降容,而是做了某些技术调整。由此我们可以看出,E开关的每一款规格都具有它的个性和特点,由此也看出ABB在制作断路器方面的工艺和设计水平
再看Icm,它的值等于88.2,我们同时还知道Icw等于42kA,于是有:n=88.2/42=2.1
现在看的更清楚了,由于这里是用断路器来作为隔离开关,它不具有分断能力,所以它用Icw作为参考值了
我们来核实一下:E1N/MS的Icw=50kA,它的Icm=105,n=2.1;E2N/MS的Icw=55kA,它的Icm=121,n=2.2;E2S的Icw=65kA,它的Icm=143,n=2.2。*符合国家标准
由Emax断路器样本中的这些数据,我们可以推测出原型断路器应当是E2B,用它向下派生和向上派生
问题: